DE2541979A1

DE2541979A1 - Buerstenloser alternator

Info

Publication number: DE2541979A1
Application number: DE19752541979
Authority: DE
Inventors: Ivan Mrcun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-22
Filing date: 1975-09-20
Publication date: 1976-05-06
Also published as: FR2289059A1; JPS5165301A; IT1047212B; YU281974A; YU36084B; SU668045A1; GB1521075A; FR2289059B1; CS203111B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein bürstenloser Alternator, der eine hohe spezifische Leistung und kleine Außenabmessungen aufweist. Der Klauenpolgenerator, die heute als Generator meistens verwendete Quelle von elektrischer Energie, besitzt den Nachteil, daß der Rotor eine Wicklung, Schleifringe und Bürsten aufweist. Schleifringe und Bürsten sind in schweren Arbeitsverhältnissen, wie sie Staub und agressive Atmosphäre darstellen, empfindlich und bilden eine Quelle von Funkstörungen. Die Funkenbildung an den Bürsten ist auch vollkommen für eine explosive Atmosphäre ungeeignet.

Eine bürstenlose Ausführung besitzt keine Nachteile und ermöglicht eine zuverlässige Spannungsregelung mit Halbleitern.

Im letzten Jahrzehnt gab es schon viele Lösungen für bürstenlose Ausführungen, die jedoch den Nachteil aufweisen, daß sie eine niedrige spezifische Leistung neben größeren Ab-

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messungen im Vergleich mit dem Bürsten-Klauenpolgenerator besitzen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines solchen bürstenlosen Alternators, der eine höhere spezifische Leistung und kleinere Abmessungen als die Bürstenausführung hätte. Dieses Ziel wurde mit einer neuen einfacheren Konstruktion des Stators und des Rotors erreicht. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fortsetzung beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 den Alternator im Längsschnitt;

Fig. 2 die Seitenansicht in axialer Richtung auf

einen Statorausschnitt ohne die Stator- und die Erregerwicklung;

Fig. 3 einen axometrisch dargestellten Statorzahn in erster Ausführungsform, neben dem sich ein Rotorpol befindet;

Fig. 4 die Ansicht auf die Statorzähne bzw. die Rotorpole in radialer Richtung, woraus zu sehen ist, wie die Rotorpole die Statorzähne überdecken und wie groß der Abstand zwischen den Jochringen ist;

Fig. 5 die axonometrisch dargestellte zweite Ausführungsform des Stators;

Fig. 6 die zweite Ausführungsform des Stators im Querschnitt;

Fig. 7 eine Ergänzung zu Fig. 6, darin ist in axialer Richtung ein Statorausschnitt dargestellt;

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Fig. 8 die Ausführung für den Einphasen-Stator bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführung.

Fig. 1 des erfindungsgemäßen bürstenlosen Alternators zeigt den Rotorquerschnitt in Längsrichtung, Auf die Achse ist die Hälfte des Elektromagnetkernes mit dem Kranz 7, auf dem sich die nach innen gerichteten Pole 2 befinden, aufgepreßt. Symmetrisch zu diesem besteht der zweite Kranz 7 mit Polen, der jedoch auf die Achse nur aufgesteckt und auf die erste Hälfte mit Schrauben befestigt ist. Diese Konstruktion ermöglicht ein Zusammenbauen des Rotors, was auch notwendig ist, da der Stator von allen Seiten vom Rotor umgeben ist. Die Anzahl der Pole ist auf jedem Kranz beliebig. Die gemeinsame Anzahl der Pole auf beiden Seiten ist gerade und hängt von der notwendigen bzw. gewünschten Frequenz bei gegebener Umdrehungszahl ab. Die Pole 2 sind so angeordnet, daß die Symmetrale eines Poles mit der Symmetrale der Lücke zwischen den Polen auf der anderen Seite übereinstimmt. Die Pole 2 laufen auf der Außenseite des Stators herum und sind nach einer parabolischen Funktion geformt, wie das aus Fig. 4, Pos. 2 zu ersehen ist. Eine solche Form ist für die Formung der Ausgangs-Sinusspannung notwendig.

Im Inneren des Rotors befindet sich der Stator, der getrennt aus dem Joch 6 und den Zöhnen 3 zusammengesetzt ist. Das Joch 6 umfaßt die Erregerwicklung 5 und ist aus zwei Ringen, die rechtwinklig zur Rotorachsenrichtung lamelliert sind, zusammengesetzt. Sie sind aus Ringlamellen zusammengesetzt oder aus Stahlblechband zusammengewickelt. Der gewickelte Ring des Joches 6 ist auf der Innenseite durch Argonschweissen zusammengebunden. Auf der Außenseite sind Nuten ausgestanzt, in die die Zähne 3 eingesetzt werden. Aus Fig. 2, die in Achsenrichtung einen Statοrausschnitt zeigt, ist es ersichtlich, wie die Zähne 3 in das Joch 6 eingesetzt sind. Bei größeren Maschinen müssen die Zähne in den Nuten elektrisch isoliert werden, um Kurzschlußwindungen zu vermeiden. Die Zähne 3 haben eine besondere Konstruktion und erstrecken sich aus dem Joch 6 in

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radialer Richtung nach außen (Fig. 2, Pos. 3). Der Zahn 3 befindet sich auf demjenigen Teil, wo der Luftspalt auf die doppelte Weite verbreitert ist. Diese vergrößerte Breite macht es möglich, daß der Luftspalt eine genügende Fläche aufweist bzw. daß die Flußdichte im Spalt niedrig ist, was eine niedrigere Anzahl der Erreger-Amperewindungen zur Folge hat. Aus Fig. 3 ist die Zahnlamellierung zu sehen, die so in die Richtung der Rotorachse gerichtet ist, daß eine höhere oder niedrigere Lamellenzahl die Dicke des Zahnes 3 ergibt. Der Zahn 3 besitzt am engeren Teil einen Ansatz 8, der dazu dient, daß durch Argonschweißen der Zahn 3 mit Hilfe des Ansatzes 8 mit dem Ring des Joches 6 verbunden wird. Solche Verbindungen der Zähne 3 mit dem Joch 6 bilden keine Kurzschlußwindungen. In einer zweiten Ausführungsform könnten die Zähne 3 auch in die Nut eingesetzt und von der Seite her vernietet werden. Bei einer solchen Ausführung würde das Joch 6 aus nur einem Ring bestehen. In der Mitte des breiten Teiles des Zahnes 3 ragen nach außen die Ansätze 1, die zwei Zwecken dienen:

a) Sie dienen als Träger für den Stator auf die Weise, daß sie vom Gehäuse von beiden Seiten zusammengepreßt werden, wodurch der Stator zentriert wird;

b) durch diesen Ansatz 1 fließt der Magnetfluß, wenn der Pol 2 den Zahn 3 bedeckt. Deswegen ist auch eine solche Polform notwendig.

Es ist erwünscht, daß die Ansätze 1 vom Gehäuse elektrisch isoliert sind. In der ersten Ausführungsform zeigt Fig. 3» wie die Abwinkelungen 3¹ die Zahnfläche mit Luftspalt erhöhen. Diese Abwinkelungen sind nach außen abgebogene Außenbleche. Der Magnetfluß fließt auch durch einen Seitenteil des Zahnes 3 auf dessen breitem Teil.

Bei der zweiten Ausführung nach Fig. 5 ist der Zahn 3 an den Seiten des Ansatzes 1 im breiten Teil so abgebogen,

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daß nach beendeter Bearbeitung auf der Drehbank (wenn der Stator schon zusammengesetzt ist) eine größere Oberfläche erhalten wird, als wenn er nicht abgebogen wäre. Die vergrößerte Oberfläche ist die Funktion des Winkels, um welchen der Zahn abgebogen wurde.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt eine zweite Ausführung des Stators 3> der auf bekannte Weise lamelliert ist, weswegen keine besondere Konstruktion des Zahnes bzw. des Joches notwendig ist. Wie die vorherige Ausführung besitzt auch diese das Joch auf der Innenseite. Dieser ist für die Herstellung einfacher, doch sind bei ihm für die Erregung mehrere Amperewindungen notwendig. Dieser Nachteil tritt bei der Einphasen-Ausführung mit ausgeprägten Polen (Fig. 8) in einem geringeren Maße auf.

Der Träger des Stators ist hier gesondert gefertigt, nur sind Ansätze 1, die als Träger des Stators 3 und darauf befestigter Erregerwicklung 5 dienen, verlängert. Dieser Träger dient gleichzeitig auch als zusätzliche Oberfläche, durch die der Magnetfluß aus den Polen in die Zähne und umgekehrt übergeht. Ein solcher Stator 3 ist auf diese Weise aus zwei gleichen Teilen, die in Seitenansicht in Fig. 7 und 8 zu sehen sind, zusammengesetzt. In der Mitte des Stators 3 befindet sich der Träger. Dieser Träger ist gleich wie der Stator 3 geformt, nur daß er verlängerte Ansätze 1 besitzt, die als Träger für den ganzen Stator mit Wicklung dienen. Beide Teile des Stators 3 und der Träger sind auf der Innenseite mit Argon zusammengeschweißt oder mit Nieten verbunden, die außerjdem Joch auch durch den breiteren Zahnteil gehen, was die mechanische Festigkeit erhöht.

In beiden Ausführungsbeispielen des Stators ist die Ankerwicklung 4 auf bekannte Weise so gewickelt, daß sie in Abhängigkeit von gewünschter Frequenz bei gegebener Umdrehungszahl eine bestimmte Anzahl von Statorzähnen umfaßt. Die Wick-

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lungsanschlüße sind bei den Zahnansätzen am Gehäuse hinausgeführt.

Der erfindungsgemäße bürstenlose Alternator arbeitet auf folgende Weise: Die Erregerwicklung 5, die am Stator befestigt ist, erregt den Kern des Rotors. Der Magnetfluß verläuft durch den Ring 7 und tritt über den Luftspalt in den Zahn 3 ein. Aus Fig. 1 ist es ersichtlich, daß sich die Kraftlinien gegen die Achse richten, daß sie sich beim Joch umwenden und durch die Zähne in den Gegenpol 2 eintreten. Die Zähne werden abwechselnd vom Nord- und vom Südpol bedeckt, so daß durch den Teil des Zahnes 3, wo sich die Wicklung befindet, ein Magnetfluß in beiden Richtungen erhalten wird. Die Entscheidung für eine solche Konstruktion ist auf folgende Weise zu erklären: Durch Versenkung des Stators in den Rotor wurde erreicht, daß bei gegebenen Abmessungen wegen des größeren Halbmessers eine höhere Umfangsgeschwindigkeit erhalten wird, wobei die Wicklungslänge des Ankers kürzer ist, was geringere Wärmeverluste und niedrigeren Kupferverbrauch bedeutet. Da der Polträger auf Zahnseite verläuft, verlaufen die Kraftlinien auch durch diesen Zahnteil. Der Alternator besitzt sehr wenige Bestandteile. Die Statorkonstruktion ermöglicht eine maschinelle Herstellung der Wicklungen.

- Patentansprüche -

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Claims

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1. Bürstenloser Alternator, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (3, 6) auf eine solche Weise im Rotor (2, 7) versenkt ist, daß sich die Pole (2) über den äußeren und oberen Teil der Zähne (3) bewegen.

2. Bürstenloser Alternator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Joch (6) aus zwei gewickelten Ringen besteht, die auf der Außenseite Nuten aufweisen, daß er rechtwinklig zur Rotorachse lamelliert ist, daß die Zähne (3) mit Hilfe des Ansatzes (8) eingesetzt und mit dem Joch (6) verschweißt sind, daß der Zahn (3) in Richtung der Rotorachse lamelliert ist, daß die Zähne (3) am Teil, wo sich der Luftspalt befindet, ungefähr zweimal breiter sind als am Joch (6), daß sie einen Ansatz (1) besitzen, der als Träger des Stators mit der Anker- (4) und der Erregerwicklung (5) dient, daß der Zahn (3) bei der ersten Ausführung auf dem breiten Teil mit Abwinkelungen (3¹) oder bei der zweiten Ausführung mit der Abbiegung der Zähne (3¹) verbreitert ist.

3. Bürstenloser Alternator nach Anspruch 1, da d u r c h gekennzeichnet , daß in der zweiten Ausführungsform der ganze Stator (3) rechtwinklig zur Rotorachsenrichtung lamelliert und von den Ansätzen (1) getrangen ist.

4. Bürstenloser Alternator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Pole (2) eine parabolische Form aufweisen.

5. Bürstenloser Alternator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zähne (3) und das Joch (6) aus einem Stück gefertigt sind, wobei der Zahn (3) die im Anspruch 1 beschriebene Außenform behält.

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